ВВЕДЕНИЕ
|
Описание лабораторного комплекса 6
Им.Д.Серикбаева, 2009
Усть-Каменогорск
МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
П.В.Селиванов
Методические указания к лабораторным работам для студентов специальностей
050716 «Приборостроение» и 050702 «Автоматизация и управление»
УДК 621.38
Селиванов П.В. Микроконтроллеры в системах управления. Методические указания к лабораторным работам для студентов специальностей 050716 «Приборостроение» и 050702 «Автоматизация и управление» / ВКГТУ. Усть-Каменогорск, 2009.- 107 с.
Методические указания предназначены для подготовки и выполнения лабораторных работ. Они включают описание шести лабораторных работ по микроконтроллерам. Каждая лабораторная работа содержит краткие теоретические сведения и методические указания, достаточные для подготовки, выполнения и защиты работы.
Данные методические указания могут быть использованы также студентами и других специальностей, изучающих затронутые темы.
Утверждено Методической комиссией факультета информационных технологий и энергетики
Протокол № от 2009г.
©Издательство ВКГТУ
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Подготовка к работе, выполнение и оформления отчёта 5
3 Порядок работы с лабораторным комплексом 8
4 Лабораторная работа «Изучение среды отладки программ AVR Studio» 11
5 Лабораторная работа «Программирование параллельных портов
ввода/вывода» 13
6 Лабораторная работа «Программная реализация узлов цифровой
схемотехники» 18
7 Лабораторная работа «Изучение системы прерываний» 56
8 Лабораторная работа «Программирование таймеров/счетчиков» 68
9 Лабораторная работа «Программирование аналого-цифрового
преобразователя и аналогового компаратора 86
Список литературы 96
Приложение А Система команд 97
Приложение Б Таблица регистров ввода/вывода 105
Приложение В Пример заполнения титульного листа отчёта
о лабораторной работе 107
Данные методические указания содержат лабораторные работы по микроконтроллерам для студентов специальностей 050702 и 050716. Но они могут быть также использованы и для других специальностей, в дисциплины которых входят затронутые в представленных лабораторных работах темы.
Каждая лабораторная работа имеет семь разделов. В разделе «Краткие теоретические сведения» помещён материал, достаточный для выполнения, обработки полученных результатов и защиты лабораторной работы. В разделе «Порядок выполнения работы» содержится задание на подготовку и выполнение лабораторной работы. В разделе «Методические указания» приведены рекомендации по выполнению данной лабораторной работы. В разделе «Контрольные вопросы» находится примерный список вопросов, задаваемых при защите работы.
В зависимости от объёма изучаемой дисциплины задание по лабораторной работе может варьироваться, а время проведения лабораторной работы может быть и более 1 часа.
Список литературы одинаковый для всех лабораторных работ и приведен в конце настоящего сборника.
1 ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ, ВЫПОЛНЕНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА
Задание на лабораторную работу даётся индивидуально каждому студенту. Задания находятся в разделе «Варианты заданий». Прежде чем приступить к выполнению задания, необходимо внимательно изучить теорию, помещённую в разделе «Краткие теоретические сведения» и в соответствующей литературе, а также с методическими указаниями к конкретной лабораторной работе.
Выполнение лабораторной работы состоит из двух этапов: подготовка к лабораторному занятию и, собственно, выполнение лабораторной работы.
Подготовка к лабораторному занятию осуществляется перед лабораторным занятием и заключается в выполнении задания, помещённого в подразделе «Выполняется при подготовке к работе»
Выполнение лабораторной работы заключается в проверке работы на стенде написанной программы. Поэтому подраздел «Выполняется при подготовке к работе» необходимо выполнять тщательно, чтобы не терять время на лабораторном занятии для доработки.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
а) цель работы;
б) условие индивидуального задания;
в) схему алгоритма решения поставленной задачи и ее краткое описание;
г) распечатку программы с подробными комментариями;
Отчет по лабораторной работе нужно оформлять на листах формата А4 отдельно для каждой работы с текстом на одной или обеих сторонах. Титульный лист оформляется в соответствии с принятым стандартом ВКГТУ. Образец титульного листа приведён в приложении А. Отчет должен быть выполнен аккуратно. Если эти требования не выполнены, отчет к защите не принимается. После выполнения работы отчет предъявляется преподавателю для отметки о выполнении работы.
Каждая лабораторная работа должна быть защищена. Защита заключается в ответе на вопросы, примерный перечень которых приведен в конце лабораторной работы, вопросы по написанной программе или в ответе на предложенное тестовое задание.
Перед проведением лабораторных работ студент должен ознакомиться с составом стенда, назначением основных элементов, адресацией переменных, принципиальной схемой блока управления и последовательностью подготовки и проведения лабораторных работ.
Перед написанием программы студент анализирует поставленную задачу и разрабатывает алгоритм. Алгоритм может быть представлен в виде схемы алгоритма, помогающей при программировании не упустить какие-то операции, переходы и зацикливания в программе.
Разработка программы на языке ассемблера включает следующие этапы:
а) подготовка исходного текста программы;
б) компиляция программы (получение объектного кода);
г) отладка программы.
Обычно эти этапы циклически повторяются, потому что при нахождении ошибок при компиляции или при отладке приходится вновь возвращаться к первому этапу и изменять текст программы для устранения ошибок.
2 описание лабораторного комплекса
Комплекс предназначен для изучения программирования микроконтроллеров AT90S8535, а также его более поздней версии ATmega8535 и AT90S4434 семейства AVR, выпускаемых фирмой Atmel.
Комплекс рассчитан на 8 рабочих мест и состоит из клавиатур рабочего места, лабораторных стендов, блока питания, блока управления и компьютера. Клавиатура и лабораторный стенд располагаются непосредственно на каждом рабочем месте студента. Блок питания, блок управления и компьютер находится на рабочем месте преподавателя.
Клавиатура рабочего места стандартная от персонального компьютера типа IBM и подключается к лабораторному стенду через свой штатный разъем.
Лабораторный стенд включает в себя микроконтроллер, жидкокристаллический индикатор, элементы индикации и управления. Общий вид лабораторного стенда представлен на рисунке 2.1.
Микроконтроллер 3 установлен на стенде в 40 контактной панельке. Он при необходимости может извлекаться из стенда, но обычное его место на стенде. Программирование микроконтроллера осуществляется непосредственно на месте его установки.
Жидкокристаллический индикатор 11 представляет собой многострочный текстовый дисплей. Он имеет четыре строки по 16 символов, встроенный знакогенератор и светодиодную подсветку. Для управления жидкокристаллическим индикатором и клавиатурой рабочего места на плате индикации установлен микроконтроллер АТ89С51 со специально разработанной программой.
В качестве элементов управления и источников входных сигналов используются пять кнопок 8 (SB1…SB5) и пять тумблеров 9 (SA1…SA5). При нажатой кнопке и верхнем положении тумблера на соответствующий вывод микроконтроллера подаётся уровень логической единицы, а в другом положении логический ноль. Место подключения элементов обозначено на лицевой части стенда.
В качестве выходных элементов, обеспечивающих отображение выходных сигналов микроконтроллера, используются три светодиода 6 (VD4…VD6), звукоизлучатель 5 (HA1) и два семисегментных индикатора 7 (HG1 и HG2).
Сброс микроконтроллера осуществляется нажатием кнопки 2 (SB6). Для надежного сброса эту кнопку следует удерживать в нажатом состоянии 1…3с. Гнезда RxD и TxD служат для наблюдения на осциллографе сигналов при работе последовательного порта UART. Гнезда XS1 и XS2 служат для контроля напряжения на входе АЦП. Это напряжение берется от внутреннего источника и регулируется резистором 4 (R3).
Переключатель режима работы 12 имеет два положения. Первое положение «Набор программы» обеспечивает передачу набираемого текста программы в компьютер. Во втором режиме «Управление объектом» к последовательному порту COM компьютера подключается последовательный порт UART стенда для управления виртуальным объектом автоматизации, воспроизводимом на экране монитора. Светодиод 10 обозначает положение переключателя 12.
Рисунок 2.1
3 ПОРЯДОК РАБОТЫ С ЛАБОРАТОРНЫМ КОМПЛЕКСОМ